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    机械设计大作业千斤顶.doc

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    机械设计大作业千斤顶.doc

    【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流机械设计大作业千斤顶.精品文档.哈尔滨工业大学机械设计大作业设计计算说明书题目: 系别: 班号: 姓名: 学号: 日期: 哈尔滨工业大学机械设计作业任务书设计题目:螺旋起重器是一种简单的起重装置,用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。已知数据:起重量:40kN 最大起重高度:200mm。 目 录一、设计题目-2二、螺母、螺杆选材-2三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算-23.2 螺杆强度校核-23.3 螺纹牙强度校核-33.4 螺纹副自锁条件校核-43.5 螺杆稳定性校核-4四、螺母外径及凸缘设计-5五、手柄设计-5六、底座设计-6七、其余各部分尺寸及参数-7八、参考资料-7一、 设计题目螺旋起重器(千斤顶)已知条件:起重量FQ=40KN,最大起重高度H=200mm。二、 螺杆、螺母选材本千斤顶设计采用梯形螺纹螺旋传动。由于螺杆承受载荷较大,而且是小截面,故选用45#钢,调质处理。查参考文献2表10.2得s=355MPa, b=600MPa。由于千斤顶属于低速重载的情况,且螺母与螺杆之间存在滑动磨损,故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3。托盘和底座均采用铸铁材料。三、 螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算螺杆选用45钢,螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3,有参考文献1表5.8,查得p=1825MPa,从表5.8的注释中可以查得,人力驱动时p值可增大20%,则p=21.630MPa,取p=25MPa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2,选用梯形螺纹,,对于整体式螺母,取=2.0式中: 螺纹中径,mm;F螺旋的轴向载荷,N;H螺母旋合高度,mm; 引入系数,=H/;p材料的许用压强,MPa;代入数据,那么有d20.8 = 0.8 = 22.6mm。查参考文献3表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d1=28.5mm,内螺纹大径D4=28.5。 3.2 螺杆强度校核千斤顶螺杆危险截面受轴向力F和扭转力矩T1的作用,这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T1。根据第四强度理论,螺杆危险截面的强度条件为式中: 螺杆螺纹的小径(mm); 螺杆材料的许用应力(MPa); F 螺杆所受的轴向载荷(N); T1螺杆所受转矩(N·mm)。查阅参考文献1表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.080.10,取f=0.09,螺纹副当量摩擦角=arctanf=arctan0.09=5.1427=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210(Nmm)查参考文献15.9可以查得螺杆材料的许用应力=,=355MPa, =71118MPa,取=95MPa。满足螺杆强度要求。3.3 螺纹牙强度校核因为螺母材料强度低于螺杆 ,所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上,故可只校核螺母螺纹牙强度。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为:式中 F轴向载荷(N); D4螺母螺纹大径(mm); Z螺纹旋合圈数,Z取10; b螺纹牙根部厚度(mm),对于梯形螺纹b=0.65p。代入数据计算由参考文献1表8.12可以查得螺杆材料的许用剪切应力,螺母满足剪切强度要求。螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为:式中: l弯曲力臂,;其它参数同上。代入数据计算由参考文献1表5.9,可以查得螺母材料的许用弯曲应力,取b=50MPa。根据计算可知 ,螺母螺纹牙满足强度条件。即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3.4 螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件: 式中: 螺纹螺旋升角(°),当量摩擦角(°); 螺纹线数,n=1; 螺纹螺距(mm); 螺纹中径(mm);当量摩擦系数,由参考文献1表8.13可知,得=0.080.10,取=0.09;代入数据由计算可知 ,螺纹副满足自锁条件要求。3.5 螺杆的稳定性校核 千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度 式中 螺母高度(mm),=ZP=10*3mm=30mm螺杆与手柄座相接处尺寸,查手册知,=9mm。 假设手柄直径为d1=20mm,由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=3640mm取h1=38mm,则 L=200+15+38+9=248mm则螺杆的柔度 式中 长度系数,对本千斤顶,看做一端固定、一端自有,则可取=2; d1螺纹小径,d1=28mm。 i螺杆危险截面的惯性半径(mm),其中A为危险截面的面积(mm2)。代入数据计算对于45#调制钢,此时螺杆稳定的临界载荷Fc为:式中 E螺杆材料的弹性模量; I螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),;代入数据计算 那么,由压杆稳定条件2.5故螺杆满足稳定性要求。四、 螺母外径及凸缘设计根据经验公式,螺母外径D21.5d=1.5×32=48mm; 螺母凸缘外径D31.4D2=1.4×48=67.2mm;取D3=70mm 螺母凸缘厚b=(0.20.3)H=(0.20.3)×30=69mm,取b=8mm。五、 手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T1和托杯支撑面间的摩擦力矩T2。设加在手柄上的力F1=300N,手柄长度为L1,则有F1 L1 = T1 + T2。对于T1和T2,有=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210N·mm根据经验公式,D=(1.61.8)*32mm=51.257.6mm,取D=52mmD=(0.60.8)*32mm=19.225.6mm,取D=24mm托杯材料选择铸铁,手柄选择Q215,摩擦因数f=0.12,则 那么手柄长度,取=200mm,加套筒长400mm。设手柄所受最大弯曲应力为,查参考文献2表10.1,,查参考文献2,得,则=102.5137MPa,取=110MPa。则手柄直径d1应满足 ,转化为: 取手柄直径d1=26mm。六、 底座设计螺杆下落至底面,再留2030mm的空间,底座铸造起模斜度1:10,壁厚。由经验公式,S=(1.52)=1216mm,取S=16mm。D5由结构设计确定,D5=110mm。D4=1.4D5=1.4*110=154mm结构确定后校核下底面的挤压应力: =40000*4/3.14*(15421042)=4.38MPa底面材料选择铸铁HT100,查表得铸铁件壁厚为2.520mm,。显然,底面强度满足设计要求。七、 其余各部分尺寸及参数。,取=70mm;,取D=52mm;,取=24mm;D2 =1.5d = 1.5*32mm = 48mm;D3=1.4D2= 1.4*48mm = 67.2mm,取D3 = 70mm;,取=48mm;h1=(1.82)d1=3640mm取h1=38mm;,取=16mm;,取=6mm;,取=8mm;,取=8mm。固定托盘用的挡圈内径8mm,外径38mm,厚5mm;螺钉GB/T5783-2000A M8螺杆底部挡圈内径8mm,外径38mm,厚5mm;螺钉 。紧定螺钉 GB/T71-1985 M8×20。其余铸造圆角,取R=4mm。底座高度为240mm螺旋起重器(千斤顶)装配图见A2图纸。八、参考资料1张丰,宋宝玉. 机械设计大作业指导书.北京:高等教育出版社,2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京:高等教育出版社,20063王黎钦,陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2010.14于慧力,张春宜.机械设计课程设计.北京:科学出版社,20075刘莹,吴宗泽.机械设计教程.2版.北京:机械工业出版社,2007.96金铃,刘玉光,李立群.画法几何及机械制图.哈尔滨:黑龙江人民出版社,2003.7

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